Kvantkromodünaamika (QCD), füüsikas teooria, mis kirjeldab tugeva jõu mõju. QCD konstrueeriti analoogselt kvant-elektrodünaamikaga (QED), mis on elektromagnetilise jõu kvantvälja teooria. QED-s kirjeldatakse laetud osakeste elektromagnetilist interaktsiooni massitu footonite, mida tuntakse paremini valguse osakestena, eraldumise ja hilisema neeldumise kaudu; selline interaktsioon pole laadimata elektriliselt neutraalsete osakeste vahel võimalik. Footonit kirjeldatakse QED-s kui "jõu kandja" osake, mis vahendab või edastab elektromagnetilist jõudu. Analoogselt QED-ga ennustab kvantkromodünaamika jõukandjate osakeste olemasolu, mida nimetatakse glloonideks. Need edastavad tugeva jõu aineosakeste vahel, mis kannavad „värvi“, mis on tugeva „laengu“ vorm. Tugev jõud on seetõttu piiratud oma põhiliste subatomaatiliste osakeste, mida nimetatakse kvarkideks, ja kvarkidest ehitatud liitosakeste käitumisega - näiteks tuttavad prootonid ja neutronid, mis moodustavad aatomituuma, aga ka eksootilisemate ebastabiilsete osakeste, mida nimetatakse mesoniteks, käitumisega.
subatomiline osake: kvantkromodünaamika: tugeva jõu kirjeldamine
Juba 1920. aastal, kui Ernest Rutherford nimetas prootoni ja aktsepteeris seda põhiosakesena, oli selge, et elektromagnetiline
1973. aastal arendasid Euroopa füüsikud Harald Fritzsch ja Heinrich Leutwyler koos Ameerika füüsiku Murray Gell-Manniga värvi kui tugeva tugevuse allika mõiste QCD teooriasse. Eelkõige kasutasid nad Chen Ning Yangi ja Robert Millsi poolt 1950ndatel välja töötatud üldist väljateooriat, milles jõu kandeosakesed võivad ise kiirgada edasisi kandeosakesi. (See erineb QED-st, kus elektromagnetilist jõudu kandvad footonid ei kiirga täiendavaid footoneid.)
QED-is on ainult ühte tüüpi elektrilaeng, mis võib olla positiivne või negatiivne - tegelikult vastab see laadimisele ja laadimisele. Kvarkide käitumise selgitamiseks QCD-s peavad seevastu olema kolm erinevat tüüpi värvilaengut, millest igaüks võib esineda värvitoonina või värvivastasena. Kolme tüüpi laetusi nimetatakse punaseks, roheliseks ja siniseks vastavalt valguse põhivärvidele, ehkki tavalises tähenduses pole värviga mingit seost.
Värvineutraalsed osakesed esinevad kahel viisil. Baryonides - kolmest kvarkist, näiteks prootonitest ja neutronitest - moodustatud subatomaatiliste osakestena - on kolm kvarki kumbki erinevat värvi ja kolme värvi seguga saadakse neutraalne osake. Mesoonid on seevastu üles ehitatud kvarkide ja antiikkärkide paaridest, nende antimaterjalist vastanditest ning nendes neutraliseerib antiikvärvi värv kvargi värvi, sama palju kui positiivsed ja negatiivsed elektrilaengud tühistavad üksteist, et saada elektriliselt neutraalne objekt.
Kvargid interakteeruvad tugeva jõu kaudu, vahetades osakesi, mida nimetatakse gluoniteks. Vastupidiselt QED-le, kus vahetatud footonid on elektriliselt neutraalsed, kannavad QCD glüoonid ka värvilaenguid. Kõigi kvarkide kolme värvi vahelise võimaliku interaktsiooni võimaldamiseks peab olema kaheksa glüooni, millest kõigis on tavaliselt värvisegu ja erinevat tüüpi antiikvärvid.
Kuna gluoonid kannavad värvi, saavad nad omavahel suhelda ja see muudab tugeva jõu käitumise peenelt elektromagnetilisest jõust erinevaks. QED kirjeldab jõudu, mis võib ulatuda üle kosmose lõpmatu ulatuse, ehkki jõud muutub nõrgemaks, kui kahe laengu vaheline kaugus suureneb (vastupidine ruudukujulisele seadusele). Kuid QCD-s takistavad värvlaengute eraldunud interaktsioonid glüoonide vahel nende laengute eraldumist. Selle asemel, kui näiteks kvarkide prootonist välja löömiseks püütakse investeerida piisavalt energiat, on tulemuseks kvarki-antikarbi paari loomine - teisisõnu mesoon. See QCD aspekt kehastab tugeva jõu täheldatud lähiala olemust, mis on piiratud aatomi tuuma läbimõõduga umbes 10-15 meetri kaugusele. See selgitab ka kvarkide ilmset suletust - see tähendab, et neid on täheldatud ainult seotud liitseisundites baroonides (näiteks prootonid ja neutronid) ja mesoonides.
